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關于視頻編碼的幾個基本概念分析介紹

M93f_興芯微 ? 來源:djl ? 2019-08-23 10:19 ? 次閱讀

視頻壓縮名字解釋:

1、有損和無損壓縮:在視頻壓縮中有損(Lossy )和無損(Lossless)的概念與靜態圖像中基本類似。無損壓縮也即壓縮前和解壓縮后的數據完全一致。有損壓縮意味著解壓縮后的數據與壓縮前的數據不一致。在壓縮的過程中要丟失一些人眼和人耳所不敏感的圖像或音頻信息,而且丟失的信息不可恢復。丟失的數據率與壓縮比有關,壓縮比越小,丟失的數據越多,解壓縮后的效果一般越差。此外,某些有損壓縮算法采用多次重復壓縮的方式,這樣還會引起額外的數據丟失。

2 、幀內和幀間壓縮:幀內(Intraframe)壓縮也稱為空間壓縮(Spatial compression)。當壓縮一幀圖像時,僅考慮本幀的數據而不考慮相鄰幀之間的冗余信息,這實際上與靜態圖像壓縮類似。幀內壓縮一般達不到很高的壓縮。采用幀間(Interframe)壓縮是基于許多視頻或動畫的連續前后兩幀具有很大的相關性,或者說前后兩幀信息變化很小的特點。也即連續的視頻其相鄰幀之間具有冗余信息,根據這一特性,壓縮相鄰幀之間的冗余量就可以進一步提高壓縮量,減小壓縮比。幀間壓縮也稱為時間壓縮(Temporal compression),它通過比較時間軸上不同幀之間的數據進行壓縮。幀間壓縮一般是無損的。

3、對稱和不對稱編碼:對稱性(symmetric)是壓縮編碼的一個關鍵特征。對稱意味著壓縮和解壓縮占用相同的計算處理能力和時間,對稱算法適合于實時壓縮和傳送視頻,如視頻會議應用就以采用對稱的壓縮編碼算法為好。不對稱或非對稱意味著壓縮時需要花費大量的處理能力和時間,而解壓縮時則能較好地實時回放,也即以不同的速度進行壓縮和解壓縮。一般地說,壓縮一段視頻的時間比回放(解壓縮)該視頻的時間要多得多。

4、 影響數字視頻質量的因素:
在多媒體數字視頻中有五個重要的技術參數將最終影響視頻圖像的質量,它們分別為幀速、分辨率、顏色數、壓縮比和關鍵幀。
(1)幀速:常用的有25幀/秒(PAL)、30幀/秒(NTSC)。幀速越高,數據量越大,質量越好。
(2)分辨率:視頻分辨率越大,數據量越大,質量越好。這里要注意區分視頻分辨率和視頻顯示分辨率(顯示的像素點數)。
(3)顏色數:指視頻中最多能使用的顏色數。顏色位數越多,色彩越逼真,數據量也越大。
(4)壓縮比:壓縮比較小時對圖像質量不會有太大影響,而超過一定倍數后,將會明顯看出圖像質量下降,而且壓縮比越大在回放時花費在解壓的時間越長。
(5)關鍵幀:視頻數據具有很強的幀間相關性,動態視頻壓縮正是利用幀間相關性的特點,通過前后兩個關鍵幀動態合成中間的視頻幀。因此對于含有頻繁運動的視頻圖像序列,關鍵幀數少就會出現圖像不穩定的現象。

MPEG視頻壓縮編碼后包括三種元素:I幀(I-frames)、P幀(P-frames)和B幀(B-frames)。在MPEG編碼的過程中,部分視頻幀序列壓縮成為I幀;部分壓縮成P幀;還有部分壓縮成B幀。I幀法是幀內壓縮法,也稱為“關鍵幀”壓縮法。I幀法是基于離散余弦變換DCT( Discrete Cosine Transform )的壓縮技術,這種算法與JPEG壓縮算法類似。采用I幀壓縮可達到1/6的壓縮比而無明顯的壓縮痕跡。

在保證圖像質量的前提下實現高壓縮的壓縮算法,僅靠幀內壓縮是不能實現的,MPEG采用了幀間和幀內相結合的壓縮算法。 P幀法是一種前向預測算法,它考慮相鄰幀之間的相同信息或數據,也即考慮運動的特性進行幀間壓縮。P幀法是根據本幀與相鄰的前一幀(I幀或P幀)的不同點來壓縮本幀數據。采取P幀和I幀聯合壓縮的方法可達到更高的壓縮且無明顯的壓縮痕跡。

然而,只有采用B幀壓縮才能達到200:1的高壓縮。B幀法是雙向預測的幀間壓縮算法。當把一幀壓縮成B幀時,它根據相鄰的前一幀、本幀以及后一幀數據的不同點來壓縮本幀,也即僅記錄本幀與前后幀的差值。B幀數據只有I幀數據的百分之十五、P幀數據的百分之五十以下。

MPEG標準采用類似42的采用格式,壓縮后亮度信號的分辨率為352×240,兩個色度信號分辨率均為176×120,這兩種不同分辨率信息的幀率都是每秒30幀。其編碼的基本方法是在單位時間內,首先采集并壓縮第一幀的圖像為I幀。然后對于其后的各幀,在對單幀圖像進行有效壓縮的基礎上,只存儲其相對于前后幀發生變化的部分。幀間壓縮的過程中也常間隔采用幀內壓縮法,由于幀內(關鍵幀)的壓縮不基于前一幀,一般每隔15幀設一關鍵幀,這樣可以減少相關前一幀壓縮的誤差積累。MPEG編碼器首先要決定壓縮當前幀為I幀或P幀或B幀,然后采用相應的算法對其進行壓縮。一個視頻序列經MPEG全編碼壓縮后可能的格式為:IBBPBBPBBPBBPBBIBBPBBPBBPBBPBBI......

壓縮成B幀或P幀要比壓縮成I幀需要多得多的計算處理時間。有的編碼器不具備B幀甚至P幀的壓縮功能,顯然其壓縮效果不會很好。

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